Revista >> Septembrie 2021 [Nr. 237] >> Cover Story

INCD Turbomotoare COMOTI: 25 de ani de activitate în cercetare-dezvoltare

Alexandru Batali

22 Septembrie 2021

Un exemplu de succes în industria spațială din România – proiectul SEALPHO
În perioada 2016-2020, INCD Turbomotoare COMOTI a implementat proiectul „Breadboard of Sealing and Closing System for a Phobos Sample Return Mission”, ca parte a programului Mars Robotic Exploration Preparation-2, dedicat explorării planetei Marte, cu scopul de a consolida poziția Europei în explorarea robotică pe Marte și de a pregăti o contribuție europeană la o viitoare misiune internațională pentru prelevarea și returnarea de probe de pe Marte.
ESA a selectat COMOTI pentru dezvoltarea și validarea sistemului de etanșare și închidere pentru o astfel de misiune, având în vedere capabilitățile și experiența institutului în domenii de vârf precum aviația și industria energetică. Acest proiect de dezvoltare a unui echipament pentru industria spațială este primul de acest fel desfășurat în cadrul COMOTI și cel mai complex de până acum, întrucât a fost parcurs întregul proces de dezvoltare, de la analiza cerințelor, la proiectare, optimizare numerică, fabricație și validare prin teste. În urma campaniei de testare, sistemul spațial complex de închidere și etanșare dezvoltat de COMOTI a fost validat cu succes, fiind acceptat de către Agenția Spațială Europeană pentru a fi folosit în cadrul unui misiuni de prelevare probe de pe suprafața lui Phobos, precum și pentru viitoare misiuni de explorare robotică. Proiectul reprezintă o premieră nu doar pentru COMOTI, ci și pentru România, întrucât mecanismul dezvoltat a fost supus unei ample campanii de testare, cu scopul de a califica acest concept pentru spațiu, contribuind la consolidarea poziției României în acest domeniu.

Prin activitatea întreprinsă în industria spațială, INCD Turbomotoare COMOTI face pași importanți în acest domeniu de vârf, fiind printre singurele entități din România capabile să acopere întreg ciclul de dezvoltare al unui produs, de la concept la echipamentul final realizat, asamblat și testat. Fiecare proiect implementat aduce COMOTI mai aproape de unul din principalele sale obiective, acela de a dezvolta și califica produse destinate domeniului spațial.

În sprijinul reducerii poluării și al construirii unui viitor verde
Astăzi, mai mult ca niciodată, tema protejării mediului este în atenția și preocuparea tuturor țărilor, se fac eforturi și se alocă resurse importante pentru a reduce emisiile poluante cu efecte negative pentru întreaga planetă. Cea mai mare influență o reprezintă arderea combustibililor fosili. De exemplu, la nivelul Uniunii Europene, din totalul energiei consumate anual, 76% provine din arderea combustibililor pe bază de hidrocarburi (petrol și derivate, gaze naturale și cărbune), iar această dependență are importante implicații de mediu, economice și politice. Așadar, înlocuirea combustibililor convenționali, prin căutarea de combustibili alternativi care să nu fie poluanți, reprezintă o temă de cercetare foarte importantă, studiată intens în ultimul timp.

Laboratorul de combustie și camere de ardere concretizează și pune în valoare vasta experiență a institutului în domeniul arderii, existând încă de la înființare, în 1986. Colectivul de cercetători are ca activitate principală designul, calcularea CFD, realizarea și experimentarea de instalații gazo-dinamice, camere de ardere și cercetarea în domenii conexe. Pe lângă îmbunătățirea și optimizarea tehnologiilor existente, departamentul urmărește găsirea, testarea și dezvoltarea de soluții noi, cum ar fi folosirea de bio-combustibili din plante, de combustibili obținuți din diverse deșeuri și, nu în ultimul rând, de combustibili verzi, iar hidrogenul ocupă aici un rol principal, deoarece nu produce prin ardere emisii de carbon, fiind supranumit în acest context „combustibilul viitorului”. În această privință, COMOTI a stabilit recent direcții clare de dezvoltare pentru acest domeniu, urmărind teme ca „Hidrogenul în turbomotoare”, „Comprimare hidrogen”, „Stocare hidrogen” și „Arderi detonante cu hidrogen”. Acestea au la bază experiența și proiectele anterioare.

Producerea energiei prin intermediul turbomotoarelor deține o pondere foarte importantă în totalul energiei produse prin arderea combustibililor fosili. În acest context, arderea eficientă a hidrogenului în turbomotoare și studierea posibilității folosirii combustibililor alternativi vine în întâmpinarea eforturilor pentru atingerea obiectivelor europene în domeniul reducerii impactului de mediu. Specialiștii Laboratorului de Camere de Ardere al COMOTI au studiat în proiectul HIDROCOMB (contract 76/2014 PN II PCCA) – „Experimental model of turbulent flame combustion chamber fueled by Hydrogen enriched natural gas” efectele adăugării de hidrogen în gazul natural folosit drept combustibil în camerele de ardere ale turbomotoarelor cu aplicație industrială, ce ar putea fi folosite la producerea de energie. Proiectul a urmărit dezvoltarea unei noi tehnologii pentru arderea cu excese mari de aer a amestecurilor de hidrogen cu gaze naturale și a unui model experimental pentru o cameră de ardere și s-a materializat într-o teză de doctorat, diferite publicații și un brevet de invenție apreciat și premiat cuaurla Salonul de Invenții de la Geneva.

Parametrii arderii fiind diferiți în cazul hidrogenului, cu viteze și temperaturi ridicate, a fost necesară crearea unui nou tip de injector, conceput special pentru acest tip de ardere. Finalizarea prototipului și ultimele teste s-au încheiat cu succes în anul 2018. Printr-un amplu program experimental pe standul de încercare camere de ardere al institutului s-a optimizat și apoi validat varianta concepută și brevetată în anul 2016. Experimentele au arătat rezultate promițătoare în ceea ce privește stabilitatea flăcării și reducerea emisiilor de monoxid de carbon, comparativ cu literatura existentă pentru arzătoarele de tip turbionar și au arătat o corelație bună cu rezultatele obținute prin simulările numerice CFD. Mai mult, rezultatele au confirmat posibilitatea dezvoltării și îmbunătățirii noului tip de injector turbionar pentru alte potențiale aplicații industriale.

Pe lângă deosebitele realizări istorice, cum ar fi adaptarea unor turbomotoare aeroderivative la utilizarea industrială cu gaze naturale, care au strâns împreună, cu succes, sute de mii de ore de funcționare, sau realizarea și punerea în funcțiune a unui grup de cogenerare cu postardere de 2 MW, în ultimii ani departamentul a fost implicat în importante proiecte europene de cercetare de tipul FP7 și Clean Sky.

De remarcat proiectul în derulare MICROMOTOR 40daN, în care colectivul a realizat deja camera de ardere a microturboreactorului COMO40-P01-001 de 40 daN, folosit de Ministerul Apărării Naționale la modernizarea/utilarea platformei aeriene ULTRA 2.0 din dotarea Comandamentului Forțelor Aeriene Române.